基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的溫度測量

摘要：ZigBee是一種短距離的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，技術(shù)特點(diǎn)可以概括為4低：低復雜度、低功耗、低數據速率及低成本。它主要適用于自動(dòng)控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設備中，同時(shí)支持地理定位功能。為了避免溫度監控節點(diǎn)與數據集中器之間系統安裝過(guò)程中煩瑣的布線(xiàn)工作，采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行數據傳輸。在此對ZigBee技術(shù)進(jìn)行分析和對CC2430芯片進(jìn)行研究，并介紹了系統構成和組成原理，做了溫度測量的實(shí)驗，溫度監測結果以數據、曲線(xiàn)等方式在數據集中器人機界面上顯示。實(shí)踐結果表明，該設計達到了預期目標。
關(guān)鍵詞：ZigBee；無(wú)線(xiàn)通信；溫度測量；人機界面

0 引言
在現代工農業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行環(huán)境溫度檢測是必不可少的內容。目前，很多場(chǎng)合的多點(diǎn)分布式溫度測量系統大多還是采用有線(xiàn)傳輸方式，需要在現場(chǎng)進(jìn)行大量布線(xiàn)，這給系統的布設、維護和更新升級帶來(lái)諸多不便。本文設計了一種基于ZigBee技術(shù)的數據傳輸，以RF(射頻)芯片CC2430為核心，能夠高效地完成對環(huán)境溫度的無(wú)線(xiàn)檢測，可以有效解決復雜布線(xiàn)帶來(lái)的不便。

1 ZigBee原理
1．1 網(wǎng)絡(luò )拓撲
基于IEEE 802．15．4標準的ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，工作于3個(gè)頻段(868 MHz，915 MHz，2．4 GHz)，數據率最高可達250Kb／s。網(wǎng)絡(luò )拓撲可分為圖1所示的星形拓撲、簇狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲。其中，簇狀拓撲和網(wǎng)狀拓撲均有一個(gè)主控節點(diǎn)和若干個(gè)路由節點(diǎn)以及終端節點(diǎn)，可以實(shí)現多跳數據通信，因而覆蓋范圍加大，路由也可因地制宜做動(dòng)態(tài)調整。所以將ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò )應用于測溫系統，極大地提高了系統的靈活性和適用范圍，彌補了有線(xiàn)測溫系統的不足。

1．2 無(wú)線(xiàn)信道組成
表1為ZigBee無(wú)線(xiàn)信道的組成。2．4 GHz波段為全球統一的ISM頻段，免費開(kāi)放，有助于ZigBee設備的推廣和生產(chǎn)成本的降低；物理層通過(guò)采用16相高階調制技術(shù)，提供250 Kb／s的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時(shí)延和更短的工作周期，從而更加省電。868 MHz是歐洲附加的ISM頻段，915MHz是美國附加的ISM頻段，這兩個(gè)頻段上的ZigBee設備避開(kāi)了來(lái)自2．4GHz頻段中其他無(wú)線(xiàn)通信設備和家用電器的無(wú)線(xiàn)電干擾。這兩個(gè)頻段上無(wú)線(xiàn)信號傳播損耗較小，可以降低對接收機靈敏度的要求，獲得較遠的有效通信距離，從而可以用較少的設備覆蓋較多的區域。為了提高傳輸數據的可靠性，ZigBee采用了時(shí)隙化的載波偵聽(tīng)和沖突避免的信道接口CAMA-CA(Carrier Sense Multipie Access with Collision Avoidanee)算法。

1．3 ZigBee消息方式
ZigBee通信消息幀有“KVP”和“Message”兩種方式，其中“Message”方式的幀格式可以由用戶(hù)自己定義，操作方式比較靈活，在此，選擇了“Message”方式，其幀格式定義如下：
OTAFrome{Uintl6 StanWord；
Byte Length；
Byte Cmd；
Byte 3Data；
Byte Endbyte；}；
可以通過(guò)定義的OTAFrame In和OTAFrame Out來(lái)接收和發(fā)送消息幀，實(shí)現無(wú)線(xiàn)接口。